JPH08277794A - 液中軸承のない、マグネットを動力源とするポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】マグネットポンプ故障の最大の原因である軸承
及びキャンの故障をなくす。 【構成】インペラーの背面に中空円筒のローター３が固
定してある。内外二重円筒のキャンがあり外側キャンの
外側と内側キャンの内側に相対応した永久磁石筒（内外
磁石筒）を同一モーターで対応位置を保ったままで回転
させる。内外キャンの隙間にローター３を差し込みこの
隙間でフリーの状態で回転するようにしてある。内外磁
石筒を外部のモーター２０で回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】永久磁石による駆動方式のポンプ
に関する。 【０００２】 【従来の技術】永久磁石による駆動方式のポンプ、いわ
ゆるマグネットポンプに於てはインペラーの動力とし
て、キヤンの外側に永久磁石を配置した磁石筒（以下駆
動磁石筒と記す）があり、これを別置きのモーターで駆
動させる。キヤンの内側に駆動磁石筒と対応した同極数
の磁石を配置した従動用の磁石筒（以下従動磁石筒と記
す）にインペラーの駆動軸が連結されている構造となっ
ている。この駆動軸は液中にある軸承によって支持され
ている。このポンプの特徴として ｉ）磁力的な関係からキヤンは薄く、且つ駆動磁石筒、
従動磁石筒の隙間も小さくしてある。 ｉｉ）回転部分はケーシング内の液中にあり軸承も液中
にある。軸承が液中にあるので潤滑油が使用出来ず潤滑
剤としては揚水する液即ち母液の使用が殆どである。こ
の為母液中に微細なスラリー等があるとこれにより軸承
又は軸承内駆動軸が損耗すると両磁石筒間の吸引力が可
急的にアンバランスになり、キヤンと接触、損耗して破
壊される危険性がある。 ｉｉｉ）永久磁石間の吸引力による動力の伝導なので両
磁石の対応極にずれが起こると脱調になり動力の伝達は
停止する。 ｉｖ）ポンプ内に液がない時、運転すると短時間に軸承
が損耗する危険性がある。 ｖ）ケーシングには貫通する動力軸承が無いのでシール
はない、従ってこれらからの液漏れは無い。即ちマグネ
ットポンプの長所は動力軸がポンプケーシングを貫通す
る事がないのであるがその欠点は軸承の損耗によるキャ
ンの破損が起こりやすい事でこれによりポンプ全体の故
障につながる危険性がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】マグネットポンプの故
障の主たる原因になっている液中軸承の故障をなくする
には液中の軸承をなくすればよい。その為には軸なしの
インペラーを液中に浮かせ安定した状態で回転させねば
ならない。亦インペラー駆動に充分な動力をキャン外か
ら間接的に伝達させねばならないという事になる。且つ
動力の伝達に脱調の起こらない様にする事である。 【０００４】 【課題を解決する為の手段】課題の基礎的解決手段とし
ての回転磁界中の非磁性で良電導体の挙動について説明
する。三相モーターのステーターの如き回転磁界発生装
置内に非磁性の良伝導体の円筒をおくと之は回転磁界発
生装置から回転力をうけると共に吸引力又は反発力を受
ける。この時この装置の磁気レイノルズ数をＲｍ、電気
良導体の回転スリップをＳとする時Ｒｍ×Ｓ＞１の場合
電導体は回転磁界発生装置より反発力を、Ｒｍ×Ｓ＜１
の場合吸引力を受ける。回転磁界発生装置として前記の
ステーターの代わりに１又は複数の対数の永久磁石を円
筒状に配列して之を回転させても回転磁界は形成しう
る。上記の現象を応用した本発明による装置（以下本装
置と記す）の全体構成を図１に示す本装置は片吸入式の
ポンプである。図１は本装置の縦断面図、図２は本ポン
プの駆動部分の詳細断面図、図３は図２のＸ１−Ｙ１断
面図。図１に於いてポンプケーシング（１）内にインペ
ラー（２）がありインペラーに非磁性、電気良導体の１
つの中空円筒（３）（以下ローターと記す）をその中心
をインペラーの中心と一致させて固定する。インペラー
及びローターの断面を図４に示す。図４に於いてインペ
ラー（２）の中央には吸入孔（２−１）があり、これが
揚水口（２ー２）を経てインペラー内の揚水通路に通じ
ている。吸入孔の両側に鍔（２−３）、（２ー４）を固
定しておく。図４のＸ２−Ｙ２矢視を図５に示す。イン
ペラーは軽量につくり、必要があれば耐液のコーティン
グをしておく。図６は導水菅の断面を示す図である。イ
ンペラーの吸入孔（２−１）内径より少し小さい外径の
管（以下導水管と記す）（４）をケーシング側から吸入
孔内を貫通させて挿入しその末端は底（４−２）にて閉
塞しておきその管底（４−２）に孔（４−３）をあけて
おく。導水管がインペラーの揚水口に対応する位置の導
水管壁に複数個の孔、導水孔（４−１）をあけ導水管内
の液がこれを通り揚水口からインペラー内へ入って行け
るようにする。導水管の前面側はポンプケーシングに固
定し、後端底の凹孔（４−３）の中に内側キャンの凸起
（６−３）が入り込むようにしておきキャンを支持させ
る。図７は図６のＸ３−Ｙ３断面図である。図２に於い
てキャンは外側キャン（５）と内側キャン（６）の二重
円筒よりなりその材質は非磁性高電気抵抗の材質でつく
り筒側部分は薄くする。外側キャン（５）は前面側開
放、後面側は内側キャンと底（５−１）で接続、前面端
外側はポンプケーシング（１）と接続する。内側キャン
（６）は後面開放、前面側は底（６−１）を有し、底内
面中央にベアリング（６−２）を取り付け、底外面に凸
起（６−３）を持たせ導水管（４−２）の凹部（４−
３）に入り込めるようにしておく。両側キャンの隙間
（Ｇｏ）にローター（３）が入り込み、この隙間で自由
に回転しうるようにしておく。外側キャン（５）の外周
に少しの隙間（Ｇ１）を持たせて外磁石筒（７）を内側
キャン（６）の内側に隙間（Ｇ２）を持たせて内磁石筒
（８）を配置する。外磁石筒（７）は磁性体例えば鉄製
の有底の中空円筒（９）（以下保持筒と記す）内に１又
は複数の対数の円弧状永久磁石を接着したものである。
この保持筒はまた磁路の役目も持つ。今、対数を１とし
た時２個の円弧状永久磁石（７−１）（７−２）の極性
は互いに異なるようにし両磁石間に磁気的絶縁体（７−
３）（７−４）をはめ込んでおく。亦外磁石筒両側面に
非磁性体で作られた補助カバー（９−２）（９−３）を
取り付けておく。保持筒の底面（９−１）の中央を駆動
モーター（２０）の出力軸（２０−１）に接続する。内
磁石筒（８）は磁性体（１０）の外側に外磁石筒の磁極
と対応させ同じく円弧状永久磁石（８−１）（８−２）
を張り付け両磁石間に磁気的絶縁体（８−３）（８−
４）をはめ込んでおく。又両側面に凸起縁（１２−１−
１）（１２−２−１）のある非磁性体で作られた補助カ
バー（１２−１）（１２−２）を取り付けこれで磁石を
押さえ込みその離脱を防ぐ。又薄い非磁性体の円筒（１
１）をかぶせておく。内部の磁性体（１０）の両側から
軸（１０−１）（１０−２）を出し、軸（１０−１）は
キャン内面のベアリング（６−２）にさしこみ、片方の
軸（１０−２）は保持筒底（９−１）の中央に接続す
る。図８に内外磁石筒の各磁石の極性とその対応を示す
両磁石筒の磁極は異極が互いに対応し保持筒（９）及び
内部磁性体（１０）を通って各々磁路を形成するように
してある。この磁路間の隙間（Ｇ３）内でローター
（３）が回転しうるようにしてある。各磁石筒の磁気的
絶縁体（７−３）（７−４）（８−３）（８−４）の幅
（Ｄ）は内外磁石間の距離（Ｇ３）より充分長くなるよ
うにしておく。両磁石筒は連結されている同一のモータ
ー（２０）で回転させられるので対応する磁極の極性は
常に保たれたままの状態である。尚両磁石筒はキャンに
よって液外にて回転しうるし亦その軸承は液中にはな
い。 【０００５】 【作用】内外の磁石筒の磁極が対応位置をかえないで回
転させられるので隙間（Ｇ３）の磁束密度は強くなり且
つ回転磁界となる。この回転磁界の同期速度は磁石数と
は関係なく駆動モーターの回転数となる。従って前述の
如くこの隙間に非磁性、両電導体のローター（３）をお
くとローターは回転力を受け回転磁界の同期速度に近づ
かない範囲で反発力を受ける。ローターが回転するとそ
の両側の流体により両側キャンとローターの間にくさび
効果が表れキャンとの隙間が小さくなる事を防ぐ。この
くさび効果はローターの回転速度が早くなる程大きくな
り、回転速度が早くなる、即ちスリップ（Ｓ）が小さく
なる事による反発力の減少よりはるかに大きい。それで
ローターが一旦浮上して回転を始めるとローターは内外
キャンと接触、しゅう動する事は起こらない。この方法
として起動時インペラーの抵抗を大きくする。即ち吐出
口を閉鎖しておくとインペラーの抵抗が大きくなって回
転数は急速には上がらない。即ちスリップが大きくな
り、反発力即ち浮上力が増大する。それで先づ浮上して
後回転を始める事になる。停止時は逆転制動をかけると
インペラーは急速に減速停止しローターと周囲とのしゅ
う動を防ぎうる。インペラー停止時はインペラーに取り
付けられている鍔（２−３）（２−４）が導水管（４）
に接触した状態で静止するようにしローターはキャンに
触れないようにしてある。尚本ポンプは電磁誘導作用に
よる回転力の発生によるもので従来のマグネットポンプ
の如く磁石間の直接的な吸引力による回転力伝達とは基
本的に異なる。 【０００６】 【実施側】 使用電動機 ＡＣ２２０Ｖ ３φ ０．４ｋＷ ２Ｐ （逆転制動） ポンプインペラー 樹脂製 外径 φ６８ｍｍ ローター Ａｌ３ｍｍ厚みの中空円筒 （インペラーへのローターの取り付けは接着） 磁石筒 外磁石筒 長さ６５ｍｍ 厚み１０ｍｍ 内径φ７２ｍｍ 内磁石筒 長さ６５ｍｍ 厚み１０ｍｍ外径 φ５０ｍｍ キヤン １ｍｍ 厚みの塩ビ円筒製作 磁性筒 ＳＳ４００ 導水管 ＳＳ４００鋼管 外径 φ２０ｍｍ ポンプの能力として 揚程 ８ｍ 容量 １００ｌ／ｍｉｎ 起動時に吐出口の弁を閉じモーターの起動完了で開とし
停止時はモーターに逆転制動をかけた。之により起動、
停止時及び運転中の接触、躍動の痕跡は認められなかっ
た。接触等の調査はローターにマジックで印しをつけそ
れによって行った。 【０００７】 【効果】本装置はケーシング内のインペラーを駆動軸承
のないフリーの状態で間接的に回転させ得、且つ運転中
回転部分を周囲と非接触に保ちうる。又駆動側と従動側
間の脱調がない。このように従来のマグネットポンプの
欠点をカバー出来るので故障のない運転が出来、且つ分
解しやすいような構造にもなしうるのでメンテナンスも
容易となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本装置の全体構成を示す縦断面図 【図２】 駆動部分の詳細断面図 【図３】 図２のＸ１−Ｙ１断面図 【図４】 インペラー及びローターの横断面図 【図５】 図４のＸ２−Ｙ２矢視図 【図６】 導水管の断面図 【図７】 図７のＸ３−Ｙ３断面図 【図８】 内外磁石筒の配置及び極性の対応を示す図 【符号の説明】 （１） はポンプケーシング （２） はインペラー （２−１） は吸入孔 （２−２） は陽水口 （２−３） は鍔 （２−４） は鍔 （３） はローター （４） は導水管 （４−１） は導水口 （４−２） は導水管底 （４−３） は導水管底の凹孔 （５） は外側キャン （５−１） は内、外側キャン接続底 （６） は内側キャン （６−１） は内外キャン底 （６−２） はベアリング （６−３） は凸起 （７） は外磁石筒 （７−１） は外磁石筒磁石 （７−２） は外磁石筒磁石 （７−３） は磁気的絶縁体 （７−４） は磁気的絶縁体 （８） は内磁石筒 （８−１） は内磁石筒磁石 （８−２） は内磁石筒磁石 （８−３） は磁気的絶縁体 （８−４） は磁気的絶縁体 （９） は保持筒 （９−１） は保持筒底 （９−２） は外磁石筒用補助カバー （９−３） は外磁石筒用補助カバー （１０） は内磁石筒磁性体 （１０−１） は支持軸 （１０−２） は支持軸 （１１） は非磁性筒 （１２−１） は内磁石筒用補助カバー （１２−１−１） は（１２−１）の凸起縁 （１２−２） は内磁石筒用補助カバー （１２−２−１） は（１２−２）の凸起縁 （２０） はモーター （２０−１） はモーター出力軸 （Ｇｏ） は内、外側キャン間隙間 （Ｇ１） は外磁石筒、外側キャン間隙間 （Ｇ２） は内磁石筒、内側キャン間隙間 （Ｇ３） は両磁石筒間隙間 （Ｄ） は各磁石間の磁気的絶縁体の幅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項Ｉ】ポンプケーシングよりインペラー中央の孔
   （以下吸入孔と記す）を突き抜ける管（以下導水管と記
   す）を通し導水管の出口は閉塞しておく。導水管外径は
   吸入孔内径より少し小さくし両者間に僅かの隙間を持た
   せ、且つ吸入孔内の揚水口に対応する導水管壁に複数個
   の孔（以下導水孔と記す）をあけておく。導水管入口側
   方向を前面側、反対側を後面側とする。インペラーの後
   面側に非磁性、良電導性の材料で作られた中空円筒（以
   下ローターと記す）をインペラーの中心に合わせてイン
   ペラーに固定する。インペラーはポンプケーシング内で
   周囲と連結された部分はない。非磁性、高電気抵抗の材
   料で作られた厚みの薄い二重の同心の中空円筒容器を用
   意し、外側の円筒を外側キャン、内側の円筒を内側キャ
   ンと称する事とする。内側キャンは前面側が底をなし後
   面側は開放されている。内側キャンの底内面中央にベア
   リングを固定、底中央外側に凸起をつけておく、この凸
   起は導水管出口を閉鎖している壁にあけられた穴に入り
   込むようにする。外側キャンは前面が開放、その後面側
   端と、内側キャンの後面側端間の隙間は閉鎖させて接続
   し両側キャンを一体とする。亦外側キャンの前面側端の
   外側をポンプケーシングと接続しておく。ポンプインペ
   ラーに固定されているローターはこの両キャンの隙間に
   入り込んでそこで回転しうるようにしておく。後面側に
   底を有する鉄製中空円筒の内部にその内面に沿わせて複
   数の円弧状永久磁石を相隣れる磁石の極が異なる様配列
   固定した内部空芯の磁石筒（以下外磁石筒と記す）を用
   意し之を外側キャンの外周と僅かの隙間を保って回転し
   うるようにしておき底の中央をモーターの駆動軸と連結
   する。鉄製円筒の外部にその外面に沿わせて外磁石筒の
   磁石数と同数の永久磁石を配列固定した円筒状磁石筒
   （以下内磁石筒と記す）を用意し之を内側キャン内に入
   れその内壁と僅かの隙間を保って回転しうるようにして
   おく、内磁石筒より両側に軸を出し、前面側は内側キャ
   ン底のベアリングに挿入、後面側はモーターの駆動軸と
   連結する。内、外磁石筒は同一のモーターで同時に同方
   向に同一回転数で回転せられる様にし、内、外磁石筒の
   相対応する永久磁石筒の極性は異極になるようにしてお
   く。即ち内、外側キャンを介して相対応して回転する内
   外磁石筒の極間をローターが回転しうるような構造とす
   る。上記の如くポンプインペラーは駆動軸及び軸承を有
   せずフリーの状態になっており亦駆動用磁石筒も液中の
   軸承を有しない構造になっている事をを特徴とする、液
   中軸承のないマグネットを駆動源とするポンプ。